固相萃取-电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定高盐食品中重金属元素的方法研究.pdf

建立固相萃取-电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定高盐食品中铅、镉、铜、镍的分析方法。结果表明：当过柱溶液pH=5.5、过柱流速5mL/min、采用3mol/L的硝酸5mL作为洗脱剂时，4种元素的分离富集效果最好。铅、镉、镍在0 50.0 g/L范围内线性关系良好，线性相关系数r0.9999,铜在0 50 0.0 g/L范围内线性关系良好，线性相关系数r0.9999；高盐实物标准样品紫菜粉（GBW10245）铅、镉、镍、铜测定值分别为（1.7 30.0 9）、（2.0 10.0 2 5）、（6.36 0.078）、（2 5.8 0.32)m g/k g，与真值中位值偏差分别为4.2%、0.5%、6.0%、-4.4%，相对标准偏差分别为5.2%、1.2%、1.2%、1.2%。关键词：固相萃取；电感耦合等离子体质谱法；高盐食品；重金属Research on methods of heavy metals in high salt food by solid phaseextraction inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS)(Ningxia Hui Autonomous Region Food Inspection and Research Institute,Abstract:A solid phase extraction inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS)method wasestablished for the determination of lead,cadmium,copper and nickel in high salt food.The resultsshowed that when the pH of the column passing solution was 5.5,the flow rate was 5 mL/min,and 5 mLof 3 mol/L nitric acid was used as the eluent,the separation and enrichment effects of the four elementswere the best.Lead,cadmium and nickel had good linear relationships in the range of O-50.0 g/Lwith linear correlation coefficient r 0.999 9,copper had good linear relationships in the range of 0-500.0 g/L with linear correlation coefficient r 0.999 9.The measured values of lead,cadmium,nickel and copper in the high salt standard sample of seaweed powder(GBW10245)were(1.73 0.09),(2.01 0.025),(6.36 0.078),and(25.8 0.32)mg/kg,respectively.The deviationsfrom the true median values were 4.2%,0.5%,6.0%and-4.4%,respectively,and the relativestandard deviations were 5.2%,1.2%,1.2%and 1.2%,respectively.Key words:solid phase extraction;inductively coupled plasma mass spectrometry;high salt food;heavy metal中图分类号：T207.5*1重金属在环境介质中广泛存在，其半衰期长，无法降解,通过食物链在生物体内累积 。重金属污染已成为全球环境污染的重要因素之一 2 。重金属在人体内与蛋白质及酶等发生强烈的相互作用,使它们失去活性,也可能在人体的某些器官中收稿日期：2 0 2 3-0 3-2 1基金项目：2 0 2 1年市场监督管理总局科研项目（2 0 2 1MK115)作者简介：李谦（197 4一），女，本科，高级工程师，研究方向为食品安全、食品检验与分析。粮食与油脂LI Qian,YANG Jian-xing,JIANG Yuan,SUN Shao-yiYinchuan 750000,Ningxia,China)文献标志码：A2023年第36 卷第8 期文章编号：10 0 8-9 57 8(2 0 2 3)0 8-0 158-0 5累积,造成慢性中毒 3-4。镉在人体内蓄积达到一定程度时,损害肾小管，引起钙、磷代谢障碍,还可能会致癌、致畸、致突变 5。当人体血液中铅含量达到6 0 0 8 0 0 g/g时,会出现头疼、头晕、腹痛等症状,对儿童身体健康、智力发育的影响较为明2023年第36 卷第8 期显 6 。铜过量蓄积会引发肝炎和溶血性贫血等症状,严重者可致死亡 7 。长期或过量摄人镍会对肾、脾、肝等器官造成危害，使心血管、免疫及血液系统受损,镍已被国际癌症研究机构列为可能致癌物 8-9。近年来，食品中重金属元素对人体的危害已渐渐被人们所认识 10 。国家卫生健康委2 0 19年发布的中国居民减盐核心信息十条中将高钠食品定义为“固体食物中钠超过6 0 0 mg/100g或高于30%营养素参考数值（NRV），液体食物中钠超过300mg/100g或高于15%NRV的食品”。准确测定高盐食品中痕量重金属意义重大。本研究采用固相萃取技术，可将目标组分与干扰物质分离，从根本上消除基体干扰，可为食品监管机构解决食盐中痕量重金属检测不准的问题提供技术支撑。1材料与方法1.1材料与试剂高盐样品、高盐实物标准样品紫菜粉（G BW 10 2 45），市售；硝酸、乙酸铵、双氧水、氨水、冰乙酸，优级纯；试验用水（一级水）、乙酸铵溶液(0.1、0.5、2.0 m o l/L）、硝酸溶液（3mol/L）、硝酸（体积分数5%），实验室自制；铅、镉、铜、镍4种标准储备溶液（1 0 0 0 mg/L），中国计量科学研究院;Sc45、G e 7、In l、Bi 2 0 内标溶液(标准值10 mg/L),美国安捷伦公司；金属固相萃取柱（50 0 mg/6mL）,加拿大SPA公司。1.2仪器与设备7700e电感耦合等离子体质谱仪，美国安捷伦科技有限公司;ULtraCLAVE超级微波消解仪、VBClaveA赶酸仪，意大利迈尔斯通公司；Sartorius电子天平（精度0.1mg），德国赛多利斯公司;Mili-QAcademic纯水仪，美国密立博公司；氩气（纯度99.999%）、氨气（99.999%），北京普莱克斯公司。1.3试验方法1.3.1样品处理称取0.5g高盐样品，加入3mL硝酸和1mL双氧水,经超级微波消解仪消解,赶酸至0.5mL,加人2.0 mol/L乙酸铵溶液6 mL,用去离子水定容至10 mL。1.3.2样品固相萃取将1.3.1样品溶液用氨水或冰乙酸调pH至5.5,以50 0 mg/6mL的固相萃取柱净化样品。用3mol/L硝酸溶液5mL洗脱，洗脱液用去离子水定容至10 mL（根据样品重金属含量选择最终定容体粮食与油脂积），上机分析。按相同步骤做空白试验，1.3.3标准溶液的配制铅、镉、镍标准中间液（1.0 mg/L）：准确吸取铅、镉、镍元素标准储备溶液(10 0 0 mg/L)100.0L至10 0 mL容量瓶中,用体积分数5%硝酸溶液稀释，并定容至刻度，混匀。铜元素标准中间液（10.0 mg/L)：准确吸取铜元素标准储备溶液(10 0 0 mg/L)1.0mL至10 0 mL容量瓶中,用体积分数5%硝酸溶液稀释,并定容至刻度,混匀。铅、镉、镍、铜元素标准工作溶液：准确吸取0、0.100.50、1.0 0、3.0 0、5.0 0 m L铅、镉、镍标准中间液于10 0 mL容量瓶中,用体积分数5%硝酸溶液定容至刻度,得到质量浓度分别为0、1.0、5.0、10.0、30.0、50.0 g/L的标准系列溶液；准确吸取0、0.10.0.50、1.0 0、3.0 0、5.0 0 m L铜标准中间液于100mL容量瓶中,用体积分数5%硝酸溶液定容至刻度，即得到质量浓度分别为0、10.0、50.0、10 0.0、300.0、50 0.0 g/L的标准系列溶液。1.3.4固相萃取条件的优化称取0.5g食用盐（精确至0.0 0 1g）至10 mL样品管中,加入2 mL去离子水溶解，分别加人1.0mg/L的铅、镉、镍标准中间液0.2 0 mL，加入10.0mg/L的铜标准中间液0.50 mL，再加人2.0mol/L的乙酸铵溶液6 mL,用去离子水定容至10 mL。在样品过固相萃取柱前溶液pH5.5、过柱时洗脱剂浓度2 mol/L、洗脱剂用量5mL、萃取流速5mL/min的基础上,进行单因素试验,考察过柱前溶液pH、洗脱剂浓度、洗脱剂用量、萃取流速对回收率的影响。1.3.5仪器条件射频功率150 0 W，等离子体气流量15L/min，载气流量1.0 L/min，辅助气流量1.0 L/min，氮气流量2 5mL/min，雾化室温度2，样品提升速率0.3r/min，雾化器为同心雾化器，采样锥/截取锥为镍锥,采样深度8 10 mm,采集模式为He模式,检测方式为自动，每峰测定点数1 3,重复次数3次。1.3.6标准曲线的制作以元素特定质量数（质荷比,m/z）定性，采用外标法。以待测元素质谱信号与内标元素质谱信号的强度比与待测元素的浓度成正比进行定量分析，绘制标准曲线。1591601.3.7元素含量计算(p-po)VX=m 1 000式中：X为试样中元素含量,mg/kg;p为消解液中元素质量浓度，g/L;Po为空白液中元素质量浓度，g/L;V为消解液定容总体积,mL;m为样品质量，8。2结果与讨论2.1标准曲线标准曲线方程见表1。表1铅、镉、铜、镍的标准曲线元素拟合方程镍Y=0.044 4X+0.015 51铜Y=0.122 32X+0.308 86Y=0.003 42X+0.000 092 428 8铅Y=0.012 78X+0.003 652.2固相萃取条件的优化2.2.1萃取溶液pH优化由图1可知：当溶液pH为5.5时，镍的回收率为10 3%、铜的回收率为10 0.4%、镉的回收率为99.2%、铅的回收率为10 0.2%，综合兼顾铅、镉、铜、镍4种元素，pH为5.5时萃取条件最佳。130Ni125CuCd120-Pb115%/率外回1101051009590852345678910pH图 1 pH的优化2.2.2洗脱溶剂浓度的优化由图2 可知：采用2 mol/L的硝酸作为洗脱溶剂时，铅、镉、镍、铜的回收率分别为97.7%、101%、10 3%、9 8%；当采用3mol/L的硝酸作为洗脱溶剂时,铅、镉、镍、铜的回收率分别为10 0%、103%、10 2.8%、9 7.9%，整体洗脱效果最好。因此,选择3mol/L的硝酸作为洗脱溶剂,此时4种元素的回收率整体最佳。粮食与油脂(1)%率外回9896F94929088图2 洗脱剂硝酸浓度的优化R22.2.3洗脱溶剂用量的优化0.999 96由图3可知：当3mol/L硝酸用量为5mL时，0.999 91洗脱效果最好，铅、镉、镍、铜的回收率为10 5.4%、0.999 98101.1%、10 1.7%、10 1.0%。0.999 97116rNi114FCuCd112Pb110%率回108106F10410210098图3洗洗脱剂硝酸用量的优化2.2.4流速优化为了保证目标组分和固定相有足够时间相互作用并避免沟流现象的发生，在上样时，流速不宜过快。流速过慢虽然有利于组分的保留，但会导致样品中的干扰组分在固定相上发生保留，并增加了220-Ni-Cu200FCdPb180%/率回16014012010046810 1214161820流速/(mL/min)图4过柱流速的优化2023年第36 卷第8 期104rNiCu102一-CdPb100F122洗脱剂硝酸浓度/(mol/L)34洗脱剂用量/mL3562023年第36 卷第8 期整个萃取过程的时间。因此选择合适的流速,尽量保证只有目标组分保留在固定相上。由图4可知：当过柱流速控制在5mL/min时,4种元素的回收率接近10 0%，回收效果最佳。2.3精密度及准确度称取3份高盐实物标准样品紫菜粉（GBW10245）元素测定值/(mg/kg)铅1.701.661.832.011.992.04铜26.025.4025.90镍6.426.386.272.4回收率由表3可知：酱油、海米中4种重金属元素的加标回收率在8 1.4%10 4.0%，均符合GB/T274042008中对回收率的要求，表明该方法准确度高。表3酱油、海米样品的添加回收率实验结果样品样品本底平加标量/回收元素GB/T 274042008名称均/(mg/kg)海米铅0.058镍0.626铜11.759酱油铅0.0310.0050.589铜0.1002.5高盐样品重金属的2 种测试方法结果比对选取高盐样品食盐和酱油分别进行固相萃取粮食与油脂平行样，按照1.3.1处理样品，并按照最优条件萃取,进行精密度和准确度实验，结果见表2。由表2可知：铅、镉、镍、铜的相对标准偏差（RSD）分别为5.2%、1.2%、1.2%、1.2%，表明该方法稳定性好，精密度较高，符合GB/T274042008实验室质量控制规范食品理化检测要求。表2 米精密度及准确度实验结果平均值/(mg/kg)标准偏差RSD/%1.730.0902.010.02525.800.3206.360.078(mg/kg)率/%回收率的要求/%0.1500.0990.10093.00.09999.00.100103.00.09993.90.100103.02.00090.51.98095.20.09997.00.09799.00.04988.00.04986.00.486 104.00.490103.00.09981.80.09781.4161测定值与真值GB/T274042008平均值真值/(mg/kg)中位值偏差/%5.21.66 0.271.22.00 0.201.227.00 7.001.26.00 1.20和不经固相萃取直接上机测试铅、镉、铜、镍元素，每个元素同时进行6 次平行测试，测试结果如表4所示。由表4可知：未经萃取直接上机测试值的标准偏差(SD)和相对标准偏差(RSD)远大于萃取后上机测试结果。表明该方法可有效将目标组分与干扰物质分离，消除基体干扰，提高高盐食品中铅、镉、铜、镍的检测精度。表4市售高盐食品中重金属的2 种测试方法结果96.080110与真值的偏差范围4.2-20 100.5-2010-4.4156.0-2010食盐酱油元素项目铅测试平均值/(mg/kg)SD/%RSD/%镉测试平均值/(mg/kg)SD/%RSD/%铜测试平均值/(mg/kg)SD/%RSD/%镍测试平均值/(mg/kg)SD/%RSD/%注：/为未检出。未萃取固相萃取未萃取固相萃取测试后测试测试后测试0.059 40.027 30.027 100.011 60.032 3 0.003 40.013.8054.410 012.310 050.870 05.980 00.007 40.001 20.003 10.003 30.000 145.08005.850027.380 00.037 60.012.40.234 10.130 80.014 4 0.001 0 0.043 10.005 056.120 09.020 032.990 02.14000.710 20.040 70.654 60.633 40.204.90.007 20.029 80.019 028.860 017.600 017.380 03.000 0/0.000 8/1623结论固相萃取时,样品溶液的pH控制在5.5,过柱时样品流速控制在5mL/min,采用3mol/L硝酸溶液5mL洗脱，能够有效实现高盐食品中重金属铅、镉、铜、镍与基质的有效分离，同时这4种重金属元素得到了很好的富集，解决了高盐食品测定重金属元素时的基体干扰问题，可同时准确定量高盐食品中铅、镉、铜、镍的含量。参考文献】【1叶萌祺，杜宗军，陈冠军食品中重金属去除技术研究进展 J现代食品科技，2 0 17，33（10)：30 8-318,307.【2 孙帅，耿柠波，郭崔崔，等我国东部沿海地区蔬菜中重金属累积分布特征及居民膳食暴露评估 J环境科学,2 0 2 1,42(11)：5519-552 5.【3郑培，赵晓野，王素华，等应用ICP-MS同时测定裸花紫珠干浸膏中6 种重金属元素的含量 J中国热带(上接第12 2 页)为便于后期加工，对拟合的最佳配方进行微调,设定膨化核桃粕粉添加量47.6%、速溶椰子粉添加量19.0%、利体素添加量14.0%、赤藓糖醇添加量4.0%，在此条件下进行3次验证实验，得实际感官评分为930.8 2,与理论值接近,说明该模型有效。2.3产品质量理化指标膨化核桃代餐粉中蛋白质含量为13.33%1.53%，脂肪含量为2.30%0.2 2%。与张园园等 8 开发的橘皮养麦膳食纤维代餐粉相比,具有高蛋白质、低脂肪的特点；同时，膨化核桃代餐粉中水分含量为4.2 0%0.2 6%，满足GB/T29602一2013固体饮料中水分含量低于7.0%的要求。3结论以核桃粕为主要原料,采用双螺杆挤压膨化制备膨化核桃代餐粉。以感官评分为指标，在单因素试验的基础上通过响应面法优化代餐粉的工艺配方。结果表明：最佳配方为以膨化核桃代餐混合粉总质量为基准，膨化核桃粕粉添加量47.6%、速溶椰子粉添加量19.0%、利体素添加量14.0%、赤藓糖醇添加量4.0%、菊粉添加量10.0%、木糖醇添加量5.0%、香兰素添加量0.4%。采用该工艺配方生产出的代餐粉色泽浅白，具有浓郁的核桃香气,甜味适中，理化指标符合国家相关标准。此产品可用于解决核桃粕利用率低、产品综合开发不足粮食与油脂医学,2 0 17,17(10)：9 7 9-9 8 1,9 8 7.【4任韧，龚立科，王姝婷，等杭州产大米中重金属污染状况调查及暴露风险评估 J中国卫生检验杂志，2020,30(12):1516-1519,1528.【5】王中阳.朝阳地区耕地土壤重金属污染风险评价与来源解析研究 D沈阳：沈阳农业大学，2 0 18.6李广云，曹永富，赵书民，等土壤重金属危害及修复措施 J山东林业科技，2 0 11，41(6)：96-10 1.【7 张力.高盐食品中多种重金属的检测方法研究 D武汉：华中农业大学，2 0 19.8王艳敏，周鸿，熊丽，等.江西省食品中镍含量调查与健康风险评估 J现代预防医学，2 0 2 0，47（15)：2724-2728.9韦友欢，黄秋婵，苏秀芳镍对人体健康的危害效应及其机理研究 J环境科学与管理，2 0 0 8(9)：45-48.【10】胡曙光，苏祖俭，黄伟雄，等食品中重金属元素痕量分析消解技术的进展与应用 J：食品安全质量检测学报，2 0 14，5(5)：12 7 0-12 7 8.10+00+00+00+00+00+00+00+00+00+00+00+00+0的问题，也可为实现核桃的高值化利用提供理论参考。【参考文献 1】C R O I T O R U A,FI C A I D,C R A C I U N L,e t a l.Ev a lu a t i o nand exploitation of bioactive compounds of walnut,juglansregia J.Current Pharmaceutical Design,2019,25(2):119-131.【2 王新平，孙慧英，茹慧玲，等核桃的营养药用价值及加工利用 J现代园艺，2 0 17(4)：2 0.【3杨永涛，潘思源，靳欣欣，等不同品种核桃的氨基酸营养价值评价 J食品科学，2 0 17，38（13）：2 0 7-212.【4】张金闯，刘丽，刘红芝，等食品挤压技术装备及工艺机理研究进展 J农业工程学报，2 0 17，33(14）：275-283.【5刘畅，孟倩楠，刘晓飞，等挤压膨化技术及其应用研究进展 J饲料研究，2 0 2 1，44(4)：137-140.6 LEONARD W,ZHANG PZ,YING D Y,et al.Applica-tion of extrusion technology in plant food processing by-products:An overview 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